燃烧焓的测定.pdf

物理化学实验报告燃烧焓的测定罗以20020106342004-03-07一、实验目的1．使用弹式量热计测定荼的燃烧烩。2．了解量热计的原理和构造，掌握其使用方法。3．掌握热敏电阻测温的实验技术。二、实验原理在指定温度和一定压力下，1mol物质完全燃烧成指定产物的焓变，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焰，记作∆cHm。通常，C、H等元素的燃烧产物分别为CO2(g)、H20(1)等。由于在上述条件下∆H=Qp，因此∆cHm。也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。在实际测量中，燃烧反应常在恒容条件下进行(如在弹式量热计中进行)，这样直接测得的是反应的恒容热效应Qp(即燃烧反应的∆cUm)。。若反应系统中的气体物质均可视为理想气体，根据热力学推导，∆cHm和∆cUm的关系为∆cHm＝∆cUm+RT∑BνB(g)(1)式中：T——反应温度，K；-1∆cHm——摩尔燃烧焓，J·mol；-1∆cUm——摩尔燃烧内能变，J·mol；νB(g)——燃烧反应方程式中各气体物质的化学计量数。产物取正值，反应物取负位。通过实验测得Qv值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧焓的值。测量热效应的仪器称作量热计。量热计的种类很多。一般测量燃烧焓用弹式量热计。本实验所用量热计和氧弹结构如下图所示。实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。同时，还把内水桶的外表面进行了电抛光。这样，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水使近似构成一个绝热系统。量热仪的外桶盖为提升式。将其向上提到限位高度，顺时针旋转约90。，便可停放住。点火电极的上电极触头、内水桶搅拌器及测湿器件均固定在外桶盖，当把桶盖旋转到适当位置降下时，它们便都处于预定位置。搅拌器的马达也固定在外桶盖上，其电源线及点火电极连线经桶盖内部与量热仪的电控部分连通。氧弹的另一极经弹杯、内水捅及外水套与电控部分连通。当温度变化不大时，可以认为热敏电阻阻值变化与温度变化成正比；当阻值变化不大时，电桥的不平衡电势U与阻值变化成正比。所以U∞∆T由于U与记录仪的记录曲线峰高∆T成正比，故∆T＝a∆h(2)式中a为比例常数。设系统(包括所有内水桶中的物质)的热容C为常数，则当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立∑∆cUB·mB=C∆T=Ca∆h=K∆h(3)BMB-1式中：∆cUB——物质B的摩尔燃烧内能变，J·mol；mB——物质B的质量，kg；-1mB——物质B的摩尔质量，kg·mol；C——系统热容，也称能当量或水当量，J·K-1；K——仪器常数，J·mm-1；∆h——记录仪记录曲线峰高，mm。先燃烧已知燃烧烩的物质(如苯甲酸)，标定仪器常数K，再燃烧未知物质，便可由上式计算出摩尔燃烧内能变(即摩尔恒容燃烧热)。三、仪器与药品1.弹式量热计1套；热敏电阻1支(约2kQ)；自动平衡记录仪1台(0-20mV)。2.温度计l支；2000ml容量瓶1个；3000m1装水盆1个；镊子1把。3.压片机、镍丝、棉线、万用表、台称、分析天平、剪刀、尺子、氧气瓶公用。4.分析纯的苯甲酸和荼。四、实验步骤五、数据记录苯甲酸萘棉线(g)0.00480.0040起始镍丝(g)0.00860.0087剩余镍丝(g)0.00570.0048总质量(g)0.53760.4291摩尔质量(g)122.12128.17曲线峰高80.455894.9126被测样品燃烧焓：5037.4J·kg-1理论燃烧焓：5153.9J·kg-1相对偏差：2.3%六、分析讨论这次实验做的还是比较成功的。开始时药品质量在实验要求的范围内，帮好棉线和镍丝后进行了准确称量。点火后棉线和药品全部燃尽。剩余的镍丝也比较完整，去除氧化产物后准确地进行了称量。不过，实验的结果虽然在允许范围内，但仍有一定的偏差。总结下来主要有两个原因。第一，得到实验结果后，我们进行了对这一组数据进行了两次处理。得到第一次的处理结果是5008J·kg-1，第二次的是5037J·kg-1。这说明取点是否准确对于实验结果有很大的影响。因此，数据处理过程中出现的偏差应当是产生误差的主要原因之一。第二，仔细观察下面两张图像，会发现一个共同点：最上面的一根线的斜率大于零，中间那条线斜率小于零。反应结束后，内水桶的温度应当比外水桶要高很多。也就是说，如果氧弹和内水桶中的水达到热平衡，那么所作出的直线至少应是平行于x轴的。考虑外水桶与内水桶的热交换，那这条直线的斜率还会比零稍小一些。现在的图像说明我们没有能够让氧弹和内水桶充分达到热平衡。这使得燃烧焓值偏小。同样的，中间那条线说明在测量外水桶水温时，温度也没有达到平衡，而是仍旧在下降，这导致外水桶温度与曲线的交点偏右。换句话说，如果最上面的线斜率大于零，那种见这条线的这个误差就使得∆H偏小，也就是燃烧焓值偏小。总之，下图四个用椭圆标出的部分尚